循環(huán)冷卻水中氯離子對(duì)板換材料選擇的影響

1、循環(huán)冷卻水中氯離子對(duì)板換材料選擇的影響http:/ 2008年09月26日08:56生意社生意社09月26日訊循環(huán)冷卻水中氯離子對(duì)板換材料選擇的影響1.黃新平2.黃春梅（1.中國(guó)寰球工程公司，北京1029 ; 2.北京化工大學(xué)北方學(xué)院，河北燕郊065201）摘要：對(duì)板式換熱器腐蝕進(jìn)行了分析，結(jié)合不同氯離子含量、不同溫度對(duì)不同材料的腐蝕界限， 對(duì)以循環(huán)水為冷卻介質(zhì)的板式換熱器由于冷卻水氯離子含量對(duì)材料選擇的影響進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：腐蝕；循環(huán)冷卻水；氯離子；板式換熱器；溫度在石油化工裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)設(shè)備材料的選擇經(jīng)常要考慮各種不同的因素，其中腐蝕是要考慮的因素之一，尤其是考慮裝置長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，保

2、證設(shè)備內(nèi)漏，選擇合適的抗腐蝕設(shè)備材料更為 重要。筆者在此就板式換熱器可能的腐蝕性進(jìn)行分析和對(duì)以循環(huán)水為冷卻介質(zhì)的板式換熱器由于 循環(huán)冷卻水氯離子含量對(duì)材料選擇的影響進(jìn)行探討。我們知道，板式換熱器以傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、拆卸方便、占地面積小、適用范圍廣等特點(diǎn) 而被廣泛應(yīng)用。板式換熱器由兩片側(cè)壓板、多片內(nèi)板、冷熱介質(zhì)進(jìn)出管口、加緊絲杠組成。對(duì)于 用于被冷介質(zhì)無(wú)腐蝕的板式換熱器，一般兩端的側(cè)壓板和進(jìn)出管口的材質(zhì)為碳鋼，而內(nèi)板片通常采用0 .50. 8 mln厚的不銹鋼、或合金板片壓制。由于水中的氯離子對(duì)不銹鋼、合金鋼會(huì)產(chǎn)生 不同程度的腐蝕，因此用于被冷介質(zhì)無(wú)腐蝕的板式換熱器，內(nèi)板片材料的選擇就取決于

3、循環(huán)冷卻水中氯離子含量的多少。當(dāng)然，溫度的高低也是決定氯離子對(duì)內(nèi)板片腐蝕程度的主要因素。1腐蝕性分析腐蝕的種類很多，金屬腐蝕的形態(tài)可分為均勻腐蝕和局部腐蝕，前者較均勻的發(fā)生在金屬全部表面，后者只發(fā)生在局部川。局部腐蝕典型的有：晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、 電偶腐蝕、沖刷腐蝕、腐蝕疲勞、脫層腐蝕。有氯離子存在的循環(huán)冷卻水對(duì)板式換熱器主要損害 腐蝕是點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕。點(diǎn)腐蝕也稱為孔腐蝕，是高度局部的腐蝕形態(tài)，在金屬表面腐蝕成坑，更進(jìn)一步形成深孔使金 屬板穿透。在板式換熱器內(nèi)，內(nèi)板表面一般會(huì)覆蓋保護(hù)性的鈍化膜，腐蝕較輕微，但會(huì)由于板面 上的缺陷（如：劃痕、撞點(diǎn)、非金屬夾雜物等 ）

4、致使微小破口暴露的金屬成為電池陽(yáng)極，周圍擴(kuò)大 面積的膜成為陰極，陽(yáng)極電流高度集中，使腐蝕迅速向內(nèi)發(fā)展？1,進(jìn)而產(chǎn)生局部的嚴(yán)重腐蝕點(diǎn)。應(yīng)力腐蝕是在金屬板存在拉應(yīng)力的情況下且有腐蝕造成金屬板破裂，也稱為應(yīng)力腐蝕破裂。對(duì)于板式熱交換器，內(nèi)板壓型時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，因此，如內(nèi)板采用奧氏體不銹鋼，有氯離子存在的環(huán) 境會(huì)產(chǎn)生典型的應(yīng)力腐蝕?？p隙腐蝕是點(diǎn)腐蝕的特殊形式，發(fā)生在縫隙內(nèi)，破壞形態(tài)為溝縫狀，嚴(yán)重者可穿透。對(duì)于板式 熱交換器，內(nèi)板片四周是采用密封墊由板片相互壓緊來(lái)密封的，兩板片之間，一面有密封槽另一 面一般為平面，在壓緊以后的墊圈與板片之間會(huì)存在縫隙。另外，板片與板片之間交替排列、夾 緊，使相鄰板片波紋頂

5、端相互交叉形成大量接觸點(diǎn)，觸點(diǎn)周圍也將形成縫隙?？p隙內(nèi)是缺氧區(qū)， 也處于閉塞狀態(tài)，縫內(nèi)pH值下降，氯離子濃度增大，由此加速腐蝕。因此縫隙腐蝕也是奧氏不 銹鋼板式換熱器的典型腐蝕。2溫度對(duì)腐蝕的影響腐蝕是一種化學(xué)反應(yīng)，每升溫1OC，腐蝕的速度約增加13倍。通常腐蝕率總是隨著溫度 升高而加快，溫度升高，擴(kuò)散速度增加，電解液電阻下降，使腐蝕電池的反應(yīng)加快？1。當(dāng)然也有例外，當(dāng)升溫可以降低其它因素的作用，腐蝕有可能隨之降低；但該例外對(duì)板式換熱器不適用。3循環(huán)水中的氯離子來(lái)源與含量循環(huán)水中的氯離子來(lái)源于循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水所帶的氯離子和補(bǔ)充水的處理加氯、循環(huán)冷卻水處理加氯。氯離子含量的多少主要取決于循環(huán)水

6、的濃縮倍數(shù)。對(duì)于補(bǔ)充水的處理加氯和循環(huán)冷卻水處理加氯所帶來(lái)的氯離子并不是主要的，根據(jù)國(guó)標(biāo)工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范)GBS005095規(guī)定，補(bǔ)充水加氯處理游離性余氯量需控制在0 . 1 0 . 2 mg /L,敞開式循環(huán)冷卻水的加氯處理余氯量控制在0. 5 1. 0 mg /Ll1 J。主要的還是補(bǔ)充水所帶的氯離子，因此補(bǔ)充水的來(lái)源不同，使得循環(huán)冷卻水中所含的氯離子含量不同。(1)對(duì)于敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，水在循環(huán)水塔冷卻的過(guò)程中將會(huì)不斷的蒸發(fā)，被蒸發(fā)的水分相當(dāng)于蒸熠水，原部分水中所含的雜質(zhì)、鹽分、氯離子均留在了循環(huán)水中，因而造成鹽分、氯離 子濃度增加。按照GB 50050 95規(guī)定。敞開式循

7、環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)不應(yīng)小于3. 012,因而在設(shè)計(jì)時(shí)濃縮倍數(shù)往往大于3,通常取4,甚至有取5的。那么，循環(huán)冷卻水中的氯離子含量也就隨濃縮倍數(shù)的增加按補(bǔ)充水中氯離子含量成倍增加。(2)根據(jù)國(guó)標(biāo)生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CJ3O2O 93和地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3838 2002，對(duì)于氯含量(以氯離子計(jì))的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求為250 mg /L,如以此為標(biāo)準(zhǔn)，再 考慮循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)不應(yīng)小于3. 0的要求，那么就意味著按國(guó)標(biāo)的水質(zhì)補(bǔ)水，循環(huán)冷卻水的氯離子含量最低會(huì)達(dá)到750 mg /L。實(shí)際上，補(bǔ)充水水源不論是地表水、地下水，還是自來(lái)水，氯離子含量達(dá)到250mg /L并不多，循環(huán)冷卻水的氯離子含量

8、不會(huì)達(dá)到750 mg /L。按照GB 5005095的規(guī)定，對(duì)于碳鋼換熱設(shè)備，要求循環(huán)冷卻水氯離子含量1 000mg /L,對(duì)于不銹鋼換熱設(shè)備，要求循環(huán)冷卻水氯離子含量300 mg /LE。如果水的比重按近似1 000g /L考慮，300mg /L相當(dāng)于3X10I4(300ppm)wt，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。所以，循環(huán)冷卻水氯離子含量最高可 按3 X10(3OO ppm .)考慮。4循環(huán)冷卻水中氯離子對(duì)材料選擇的影響筆者在工程設(shè)計(jì)中，從板式換熱器制造廠得到不同材料在不同氯離子含量、溫度下的腐蝕界限，經(jīng)整理得如表1的數(shù)據(jù)。*1不同材料的腐蚊界限溫度氯嬲子含 sc 106(pcm)溶液 pH = 7(min)

9、3W 不例鋼316 木精鋼合金知、ILGT小于以下大于以下值小于以 F 大于以 F 值小于以下大于以下值值不腐蝕ft 定定蝕值不腐蝕值不腐蝕 肯定腐迎10012.021.050854507409514.424.05595534.6893 39015，36 J62105WE.411008517,731 072120855 1140)8020.535.08113010801 皿 77523.3410951 兇1336 624007027.047.2106190170031006532.054.6115210230041006037.564,7140240305053005543,475.01753

10、00407070005052.086.020133054009900456L0103.02504107800130004071.3120.0290505100001850035S5 0150,0340615140002900030103.0ISO.O4107502000042756-325125,9mo540950340007000020150.0250.0650115015190.0320.083016001022.0420.010502050:臺(tái)金 20.18.6 為含餡 20、鐐 18 .鈕 6 的合金，相當(dāng)于 ASTM 的S3I254 和 AvoU Shfiffidd 的 254SMO

11、0從表1我們可以清楚的看到，循環(huán)冷卻水中的氯離子含量越高對(duì)材料不腐蝕適應(yīng)的溫度越低, 如果溫度不變，氯離子含量越高對(duì)材料不腐蝕所要求的材料材質(zhì)越高。所以，循環(huán)水中氯離子含 量的多少和板式熱交換器內(nèi)被冷卻介質(zhì)和循環(huán)冷卻水的溫度高低對(duì)選擇板式換熱器內(nèi)板材料非常關(guān)鍵。對(duì)照表1,如果以GB50050 95的規(guī)定，循環(huán)冷卻水氯離子含量300 mg /L（近似3OO ppm , wt）考慮，不銹鋼換熱設(shè)備不同材料所對(duì)應(yīng)的適應(yīng)冷卻水溫度（按不腐蝕界限），304不銹鋼最高適應(yīng)10C, 316不銹鋼最高適應(yīng)40C。如以在工程設(shè)計(jì)中循環(huán)水出口溫度按4042 C考慮，則這兩種材料均不可用，需要選擇更高的材料。事實(shí)上

12、，真正使循環(huán)冷卻水氯離子 含量達(dá)到300 mg / i的并不多。只有在不能確定循環(huán)冷卻水氯離子含量時(shí)，可按GB5005095的規(guī)定以300 ppm（）考慮（尤其是新建工廠常常會(huì)這樣）。不過(guò)以此為依據(jù)選板式換熱器板片材料， 可能會(huì)造成選材過(guò)高而增加設(shè)備投資。因此，最好能確定氯離子含量，如根據(jù)循環(huán)冷卻水實(shí)測(cè)或 根據(jù)補(bǔ)充水中氯離子含量和循環(huán)水濃縮倍數(shù)來(lái)確定。事實(shí)上，當(dāng)循環(huán)水的補(bǔ)充水源氯離子含量、 循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)確定時(shí)，相應(yīng)的循環(huán)冷卻水氯離子含量就基本確定了。筆者在從事多年化工設(shè)計(jì)的過(guò)程中，除個(gè)別按GB5005095規(guī)定的外，碰見(jiàn)過(guò)循環(huán)冷卻水氯離子含量高的按2.50X 1014（250 ppm

13、 ,）考慮，低的按9. 0X10（9o ppm ,）考慮。作為板式換熱器板片材料選擇，在此假定循環(huán)冷卻水氯離子含量為1 . 20X 10I4（120 ppm , wt）,不同材料所對(duì)應(yīng)的適應(yīng)冷卻水溫度，按不腐蝕考慮，304不銹鋼為25 C, 316不銹鋼為62E ,似乎316不銹鋼材料對(duì)于循環(huán)水的出口溫度一般為4042 C來(lái)說(shuō)是可行的。但需注意板式換熱設(shè)備在傳熱過(guò)程中金屬板片兩側(cè)各存在一層薄膜，傳熱面與流體本身存在一個(gè)溫差，或者說(shuō)換熱板片金屬壁溫要高于板式換熱器內(nèi)循環(huán)冷卻水的溫度，換句話說(shuō)，要考慮換熱板片金屬壁溫，需 要考慮被冷介質(zhì)的溫度，如果被冷介質(zhì)溫度較高，經(jīng)計(jì)算換熱器的板片壁溫高于62

14、C,則316不銹鋼不可選。這時(shí)就需要考慮耐氯離子腐蝕性很好的不銹鋼S31254（或254SMO）了。如果循環(huán)冷卻水氯離子含量更高，或溫度更高，當(dāng)采用$31254（或254SM0）仍不能滿足要求時(shí)，板式換 熱器的板片材料就要選用鈦材了。順便提一句，板式熱交換器的內(nèi)板壁溫確定，最好是根據(jù)被冷 卻介質(zhì)的溫度和循環(huán)冷卻水的溫度來(lái)計(jì)算，如果計(jì)算有困難，可取設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度。不過(guò)這樣也 會(huì)造成選材過(guò)高而增加設(shè)備投資。5結(jié)語(yǔ)用于被冷介質(zhì)無(wú)腐蝕的板式換熱器，其板片材料的選擇影響因素除了上述的循環(huán)水中氯離子含 量多少、水的溫度和被冷卻介質(zhì)的溫度外，還有循環(huán)冷卻水的酸堿度，同樣的氯離子含量，在酸 性環(huán)境下腐蝕性增強(qiáng)，反之減弱。如316不銹鋼材料，對(duì)于1 .